Методическое пособие 787

при дуговой сварке в магнитном поле увеличивается скорость расплавления электродного металла в среднем на 30 % при неизменной тепловой мощности. Такое повышение скорости расплавления связано с вращением металлической капли на торце электрода, что приводит к изменению ее формы (рис. 1, 2) и дроблению на более мелкие фрагменты. С одной стороны, при сварке открытой дугой увеличивается разбрызгивание и, следовательно, возрастают потери электродного металла. С другой стороны, при сварке закрытой дугой (например, при сварке под слоем флюса) увеличиваются время и площадь контакта жидких металла и флюса, что благоприятно отражается на качестве сварного соединения [2]. Поэтому расчет угловой скорости вращения жидкой капли на торце электрода является важным параметром микропроцесса дуговой сварки плавящимся электродом.

Ранее, в работе [1], было показано, что при сварке в продольном магнитном поле металлическая капля на торце электрода имеет форму сплюснутого эллипсоида вращения

(a = b > c) (рис. 1).

Рис. 1. Схема формы свободной поверхности капли, вращающейся на торце электрода в магнитном поле

Рис. 2. Металлическая капля на торце электрода (кадры киносъемки): а – при сварке в магнитном поле; б – при обычной сварке

250

где J z 25ma2 [3] — момент инерции эллипсоидной электродной капли; — угловая скорость вращения; t — время; M z — сумма моментов внешних сил, действующих на кап-

лю, относительно оси вращения.

Момент силы тяжести относительно вертикальной оси вращения равен нулю, так как эта сила параллельна оси. Момент силы Лоренца относительно той же оси равен Мz = jrVBx, где jr — плотность тока; x — расстояние от оси до рассматриваемой точки капли; B — величина магнитной индукции; V — объем эллипсоида. Тогда дифференциальное уравнение вращения примет вид

а также, что m = V , где — плотность жидкого металла, получим решение уравнения (2); с учетом (3), начальных и конечных условий задачи х0 = 0, ω0 = 0, х = а получим

В работе [1] было показано, что

jr = 2I rэ3 ,

где I — сварочный ток; — толщина капли; rэ — радиус электрода (см. рис. 1).

Величины плотности тока jr и размеры капли возьмем из работы [1].

Методика эксперимента. Для проверки полученного выражения выполняли сварку в среде аргона в следующих режимах: сварочный ток — 225 А, напряжение — 34 В, магнитная индукция — до 140 мТл на уровне капли. При этом проводили скоростную киносьемку процесса расплавления электрода. Режимы скоростной киносьемки: скорость протяжки пленки — 1250 кадров в секунду; диафрагма — 22; пленка КН-2; зеленый светофильтр.

Угловую скорость вращения оценивали по выражению (4) и по экспериментальным результатам, полученным на кинопленке (см. рис. 2).

Расчетные и экспериментальные результаты, обработанные согласно [4], представлены на рис. 3.

Как следует из полученных данных, угловая скорость вращения капли пропорциональна квадратному корню из индукции магнитного поля. Представленные на рис. 3 расчетные и экспериментальные зависимости удовлетворительно совпадают друг с другом.

Таким образом, предложенная математическая модель может быть использована для качественной оценки угловой скорости вращения металлической капли на торце электрода при сварке с использованием магнитных полей.

251

Рис. 3. Расчетные и экспериментальные зависимости угловой скорости вращения капли от величины индукции внешнего магнитного поля

Библиографический список

1.Болдырев А. М. Особенности плавления электродного металла при сварке во внешнем продольном магнитном поле / А. М. Болдырев, В. А. Биржев, А. В. Черных // Сварочное производство. — 1991. — № 5. — С. 28—30.

2.Болдырев А. М. Влияние внешнего продольного магнитного поля на состав наплавленного металла шва / А. М. Болдырев, В. А. Биржев, А. В. Черных // Сварочное производст-

во. — 1993. — № 8. — С. 28—30.

3.Фаворин М. В. Моменты инерции тел: справочник / М. В. Фаворин; под ред. М. М. Гернета. — М.: Машиностроение, 1977. – 511 с.

4.Каллан Р. Основные концепции нейронных сетей / Р. Каллан. — М.—Спб.—Киев, 2003. — 288 с.

References

1.Boldyrev A.M. Peculiarities of melting of the electrode metal by welding into external longitudinal magnetic field /A.M. Boldyrev , V.A. Birzhev, A.V. Chernyh // Welding manufacture.

–1991. – N5. – P. 28-30.

2.Boldyrev A.M. Influence of external longitudinal magnetic field on composition of deposited weld metal /A.M. Boldyrev , V.A. Birzhev, A.V. Chernyh // Welding manufacture. – 1993. – N8. – P. 28-30.

3.Favorin M.V. Moments of inertia of bodies: reference book / M.V. Favorin; edited by M.M. Gernet – M.: Mashinostroenie, 1977. – 511 p.

4.Callan R. Basic concepts of neural networks / R. Callan. – M.-Snt.P.-Kiev, 2003. – 288 p.

252